[發明專利]一種充氣保護的晶體生長裝置及方法

有效

• 申請號: 201711143036.5
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107794562B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 楊瑞龍;朱康偉;劉毅;王曉芳;胡殷;張鵬程
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C30B11/02
• 分類號: C30B11/02;C30B29/48
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 沈強

本發明公開了一種充氣保護的晶體生長裝置及方法，屬于晶體制備領域，目的在于解決現有改進的垂直布里奇曼法生長法制備碲化鎘或碲鋅鎘等晶體時，其中的石英坩堝耐壓能力不足，容易產生裂管現象，造成原料損失與設備損壞的問題。該裝置包括加熱爐、保壓內膽、坩堝、固定件、法蘭接口、充放氣口、轉接結構、平臺、旋轉單元、升降單元等。本發明中，通過坩堝外部充壓保護，降低石英坩堝所承受壓力，以避免高蒸汽壓晶體生長過程中的裂管現象；同時，通過上溫控加熱單元、下溫控加熱單元結構的設計，滿足多種晶體生長的需要，為多種晶體提供更為適宜的生長環境。本發明對于多種晶體的制備，尤其是高蒸汽壓晶體的制備，具有較好的應用價值和顯著的進步意義。

技術領域

本發明涉及晶體制備領域，具體為一種充氣保護的晶體生長裝置及方法。更具體地，本發明是一種通過外部加壓降低石英坩堝所承受壓力的結構設計及其使用方法。

背景技術

碲化鎘、碲鋅鎘等由于具有較高的平均原子序數，對X射線或γ射線有較大的吸收系數，目前在射線探測器領域已有較多的應用與研究。尤其是碲鋅鎘探測器，由于不需要復雜的冷卻設備即可在室溫下工作，因而體積較小、使用方便，受到廣泛關注。碲化鎘或碲鋅鎘探測器的應用主要受晶體性能、體積等方面的限制，晶體的制備方法則主要采用高壓布里奇曼法或改進的垂直布里奇曼法生長。

高壓布里奇曼法設備非常昂貴，且生長的晶體容易出現氣體夾雜以及大量缺陷等問題。改進的垂直布里奇曼通常采用石英坩堝密封的方式來防止原料的揮發，成本相對較低。但在晶體熔點較高，或石英坩堝存在缺陷等情況下，生長較大直徑的晶體時，容易因為石英坩堝耐壓能力不足而產生裂管現象，造成原料損失與設備損壞。通常情況下，使用石英坩堝的替代產品的成本較高，而如何在現有改進的垂直布里奇曼法的基礎上，解決管裂的問題，成為申請人研發的方向。為此，本發明提供一種充氣保護的晶體生長裝置及方法。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對現有改進的垂直布里奇曼法生長法制備碲化鎘或碲鋅鎘等晶體時，其中的石英坩堝耐壓能力不足，容易產生裂管現象，造成原料損失與設備損壞的問題，提供一種充氣保護的晶體生長裝置及方法。本發明中，通過坩堝外部充壓保護，降低石英坩堝所承受壓力，以避免高蒸汽壓晶體生長過程中的裂管現象；同時，通過上溫控加熱單元、下溫控加熱單元結構的設計，滿足多種晶體生長的需要，為多種晶體提供更為適宜的生長環境。本發明對于多種晶體的制備，尤其是高蒸汽壓晶體的制備，具有較好的應用價值和顯著的進步意義。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種充氣保護的晶體生長裝置，包括加熱爐、保壓內膽、坩堝、用于為坩堝提供固定支撐的固定件、法蘭接口、充放氣口、轉接結構、平臺、旋轉單元、升降單元；

所述加熱爐包括爐體外殼、保溫隔熱蓋、設置在爐體外殼內的保溫棉、設置在保溫棉內側的爐膛、用于對保壓內膽進行加熱的加熱裝置，所述爐體外殼的上下兩端分別設置有相互連通的開口，所述保溫隔熱蓋設置在爐體外殼上端開口上，所述加熱裝置包括上溫控加熱單元、下溫控加熱單元，所述上溫控加熱單元、下溫控加熱單元依次設置保溫棉內且上溫控加熱單元、下溫控加熱單元能分別單獨加熱；

所述保壓內膽為一端開口的圓管，所述坩堝通過固定件設置在保壓內膽內部，所述法蘭接口與保壓內膽的開口端密封連接，所述保壓內膽設置在加熱爐內且加熱爐能對保壓內膽進行加熱；

所述充放氣口依次通過轉接結構、法蘭接口與保壓內膽相連且充放氣口能向保壓內膽內充入保護氣體，所述充放氣口與保壓內膽相連的管道上設置有閥門；

所述旋轉單元設置在平臺上，所述旋轉單元包括設置在平臺上的旋轉電機、旋轉傳動件，所述旋轉電機通過旋轉傳動件與保壓內膽相連且旋轉電機通過旋轉傳動件能帶動保壓內膽相對加熱爐轉動；

所述升降單元能帶動加熱爐相對保壓內膽沿其軸向移動。

還包括設置在保溫棉中的隔熱層，所述隔熱層位于上溫控加熱單元與下溫控加熱單元之間。